2022年建造师辅导：高速铁路轨道技术综述1

2022年建造师辅导：高速铁路轨道技术综述1高速铁路轨道构造和一般铁路轨道构造一样，由钢轨、轨枕、扣件、道床、道岔等局部组成。这些力学性质绝然不同的材料承受来自车轮作用力，它们的工作是严密相关的。任何一个轨道零部件的性能、强度和构造的变化都会影响全部其他零部件的工作条件，并对列车运行质量产生直接的影响，因此轨道构造是一个系统，要用系统论的观点和方法进展讨论。钢轨直接承受由机车车辆传来的巨大动力，并传向轨枕；轨枕承受钢轨传来的竖向垂直力、横向和纵向水平力后再将其分布于道床，并保持钢轨正常的几何位置；轮轨间的各种作用力通过轨枕和扣件的隔振、减振和衰减后传递给道床，使道碴重新排列，并将作用力集中传递于路基。由于列车速度的提高给轨道构造的作用力与速度的n次方成正比，因此高速铁路的轨道必定要比一般线路具有更高的安全性、牢靠性和平顺性，而轨道各部件的力学性能、使用性能和组成为构造的卜性能都比一般轨道部件高得多。

1高速铁路轨道构造等级

1.1构造等级

铁路轨道构造等级与运输条件亲密相关。在铁路运输进展的初期，速度、轴重、密度都处于较低水平，对轨道构造的要求以牢靠性为主，等级划分则以年通过总质量为主，兼顾列车速度的要求。近年来进展的客运专线和重载铁路，对轨道构造提出了不同侧重的要求。客运专线以旅客运输为主，除要求极高的安全性和牢靠性以外，对旅客的舒适度提出了很高的要求。在轨道构造方面，则除了传统轨道不允许存在的长波不平顺以外，还对短波不平顺作出了严格的限制。为了到达这些要求，欧洲AGC打算明确要求线桥设备采纳统一标准。这些标准包括：

（l）采纳60kg/m钢轨、长度2.6m轨枕、弹性扣件、硬质道碴的轨道构造；

（2）利用标准列车计算桥梁荷载；

（3）规定统一的列车速度和轴重；

（4）全部采纳立体穿插；

（5）采纳大号码道岔，直向过岔速度与区间正线全都，侧向过岔速度与连接的联络线全都。

1.2轨道构造类型

1.2.1有碴轨道和无碴轨道的应用范围

高速铁路轨道构造主要类型有有碴轨道和无碴轨道。有碴轨道是铁路的传统构造。它具有弹性良好、价格低廉、更换与修理便利、吸噪特性好等优点。但随着行车速度的提高，其缺点也渐渐显现。首先，由于有碴轨道不匀称下沉产生的120Hz以下频率范围的激振严峻，轨道破损和变形加剧，从而使修理工作量显着增加，修理周期明显缩短。依据德国高速铁路的资料，当行车速度为250～300km/h时，其线路修理费用约为行车速度为160～200km/h时的2倍；速度为250～300km/h时，通过总重达3亿吨后道碴就需全部更换，而在160～200km/h时，通过总重则可达10亿吨。日本对高速铁路桥上的有碴轨道与无碴轨道修理费用进展的统计分析说明，有碴轨道的线路修理费用比无碴轨道高111%，也就是说有碴轨道的修理费用相当于无碴轨道的2倍多。基于这一状况，很多专家认为，从经济角度和修理治理角度看，高速铁路应采纳无碴轨道。特殊是在桥隧构造上，由于无碴轨道削减了二期恒载和建筑高度，采纳无碴轨道更为有利。

除此以外，无碴轨道还具有使用寿命长、线路状况良好、不易胀轨跑道、高速行车时不会有石碴飞溅等优点，因此无碴轨道在国外高速铁路上获得了越来越广泛的应用，其铺设范围己从桥梁、隧道进展到上质路基和道岔区，无破轨道构造在高速铁路上的大量铺设已成为进展趋势。

1.2.2世界上一些国家铺设有碴轨道和无碴轨道的概况

日本除在1964年开通的东海道新干线未采纳无碴轨道外，其后修建的高速铁路采纳无碴轨道的比例逐年增加：1972年开通的山阳（大阪一冈山）新干线占了4.9％；1975年开通的山阳（大阪－福冈）新干线占68.6%；1991年开通的东北（东京－盛冈）新干线占82%；1990年开通的上越（大宫一新混）新干线占90%；1997年开通的北陆（高崎一长野）新干线占87.5%。德国认为，当运营速度超过300km/h时，有碴轨道会消失道碴粉化现象，需要常常修理，由于修理本钱增加，其最终本钱要比无碴轨道高。德国在20世纪70年月修建的高速铁路，无碴轨道缺乏30%；而1998年开通的柏林－汉诺威高速铁路，无碴轨道比例

到达80%以上。

中国台湾高速铁路无碴轨道155km，占正线长度的45％。

荷兰高速铁路土质条件不好，软土较多，但也乐观采纳无碴轨道。

法国是以有碴轨道为主的国家，目前也在铺设无碴轨道。在京沪高速铁路进展设计询问时，法国询问专家也建议京沪高速铁路采纳无碴轨道。法国高速铁路延用了传统的有碴轨道构造，采纳双块式混凝土轨枕和拉布拉弹片式扣件。在1983年开通的388km长、速度270km/h的巴黎－里昂的TGV东南客运专线上，尽管轴重较小，为160～170kN，但是平均通过总重4000万吨（约每2年）就要进展一次线路修理，另外还需对钢轨定期打磨，以消退因列车高速运行时道碴旋流造成的钢轨踏面缺陷。值得留意的是，每一次修理都会造成道碴损坏（道床肩棱损坏、道碴破裂），从1986年开头就在37%的线路（硬根底的路段）上增加巧cm厚的道碴，以便对受到严峻损坏的道床上层补充道碴，为此还必需提升接触网二线路通过总重到达2.5至3.0亿吨后开头对道碴道床进展更新。与旅客列车速度为120～140km/h的客货混运线路相比，上述高速线路的道破使用期约为道破正常使用期的25％。

法铁总结有碴轨道道碴飞溅的缘由主要有：

（l）冬季在车体和转向架土有冰雪，列车进入气温较高地段冰块下落；

（2）线路修理作业后道床不稳定；

（3）小动物破坏护栏进人线路，扰动道床；

（4）列车高速和大风。当列车速度250km/h以上时，在2.5m距离内飞碴已经特别严峻，不能靠近。

德国也是欧洲最早建立高速铁路的国家之一，和法国TCV不同的是，德国高速铁路的轨道构造以无碴轨道为主。柏林－汉诺威的高速铁路运营速度280km/h，无碴轨道占72%；科隆－法兰克福的高速铁路运营速度300km/h，无碴轨道占85%；正在修建中的纽伦堡一英戈城高速铁路设计速度目标值330km/h，无碴轨道占84%。实践说明，德国的无碴轨道技术是先进的和成熟的。

1.2.3无碴轨道的缺点

德国在2022年出版的《轨道概论》中仍旧对无碴轨道的缺点进展了具体的描述，主要有：

1.2.3.1投资问题：无碴轨道的初期投入比有碴轨道高得多，即使施工方法得到优化、建立数量增大，无碴轨道的本钱系数仍为有碴轨道的1.5～2.0。另外，有碴轨道修理的大型养路机械作业精度越来越高、作业质量越来越好、保持轨道几何状态的周期延长，这些都会增加有破轨道的竞争力。而随着运营时间的延长，无碴轨道钢轨打磨工作量比有碴轨道大、修复工作比拟简单等都会增加投入，而这些投人在初期是无法计算的。

1.2.3.2混凝土无碴轨道为刚性承载层，当到达承载强度极将产生断裂，并引起轨道几何尺寸的突然变化和难以预见的恶化。

1.2.3.3无碴轨道的建立和修理都远未到达自动化程度，无碴轨道的质量需要高水平的养护措施供应保障，这意味着在施工工序和质量掌握方面都要增加额外的费用和时间。建立期间的质量缺陷将为整个使用寿命期留下隐患，并需要花昂扬的代价进展弥补。

1.2.3.4无碴轨道作为刚性构造，在后期运营阶段允许作少量补修，如调整轨道几何状态，不仅非常困难，而风需要花费昂扬代价。

1.2.3.5无碴轨道不能在粘土深路堑、松软土路堤或地震区域铺设。

1.2.3.6无碴轨道噪声水平比有碴轨道高约5dB，必需实行有效的降噪措施。

1.2.3.7对脱轨或其他缘由导致的严峻损坏还没有特殊有效的措施，而且一旦发生问题，修复时间很长。

1.2.3.8无碴轨道改良的可能性很小。

1.2.3.9在路基上铺设无碴轨道时，在任何状况下都要铺设防冻层（至少70cm厚）。要延长无碴轨道的寿命周期，水凝性材料层厚度几乎不能削减。路基处理深度也比有碴轨道深。